耐磨熱電偶在三廢爐床層溫度控制中的改造及應用

常俊斌

(山西天澤煤化工集團股份公司煤氣化廠， 山西晉城 048000)

大型循環硫化床燃煤鍋爐、三廢鍋爐設備正常運行時，爐膛床層溫度是需要監視的重要參數，其直接關系鍋爐的安全燃燒與效率，影響污染物的生成和排放量。若生產操作人員無法準確獲得實時的燃燒狀態，不能有效控制燃料、送風量等參數，則鍋爐爐膛溫度不均勻，會導致鍋爐換熱效率降低并產生大量污染物和噪音，甚至可能出現爆爐等嚴重后果。控制好爐膛床層溫度是保證鍋爐設備安全穩定運行的關鍵。

1 基本狀況

目前多數采用固定式熱電偶對循環流化床燃煤鍋爐、三廢爐爐膛床層溫度進行測溫[1]。由于鍋爐爐膛正常工作溫度都在1 000 ℃以上，加上循環流化床鍋爐爐膛內部煤粉處于沸騰狀態，熱電偶長時間處于高溫環境中，特別容易變形損壞。熱電偶前端保護套管一旦彎曲變形，很快就會燒壞，嚴重時甚至需要停爐處理。停爐后，由于爐膛作業危險性高、時間長、環境惡劣，常規更換時勞動強度大、工作效率低，存在一定的安全隱患。

2 改造思路與實施

2.1 熱電偶選型

一般而言，設計院常規設計的爐膛溫度測溫熱電偶多采用鉑銠-鉑S分度號熱電偶[2]。鉑銠-鉑熱電偶電極絲為貴金屬，耐高溫、耐氧化、耐腐蝕性良好，具有較優越的精確度，經濟成本較高，一般用于準確度要求較高的高溫測量。隨著鍋爐裝置逐步投運，工藝要求控制爐膛床層溫度為1 050 ℃左右。通過數據比對，發現鎳鉻-鎳硅K分度號熱電偶短期工作溫度可達1 300 ℃，長期工作溫度為0～1 200 ℃。此種熱電偶的熱電動勢的線性度好，在金屬熱電偶中，它是非貴重金屬中性能最穩定的一種，且價格便宜、應用很廣。通過摸索試驗發現，選用K分度號的熱電偶完全可以滿足生產需要。山西天澤“40·60”項目二期裝置的兩臺循環流化床鍋爐和兩臺三廢鍋爐全部采用此分度號熱電偶，使用至今效果良好，為項目建設原始采購及后期維護節約了運行成本，取得了一定的經濟收益。

2.2 測溫熱電偶外套管的改進

原床層溫度熱電偶外套管為φ16×4 mm的不銹鋼耐高溫套管，內裝φ6 mm的K分度號熱電偶芯。原始開車時測溫點的使用壽命最短只有一周左右，爐膛測溫點經常被燒壞，備件損耗過多，影響鍋爐正常穩定運行。為此對熱電偶進行技術改造，通過觀察燒壞的實物，結合爐膛溫度、壓力、進風量、空氣物料混合物介質等因素進行綜合分析，根據爐膛預埋法蘭套管直徑，把循環硫化床鍋爐的熱電偶套管直徑改為φ20 mm，三廢鍋爐的熱電偶套管直徑改為φ25 mm。進一步和制造廠家溝通耐磨頭材料配比量，最終選用鎢鈷合金材質，耐磨頭加厚內徑改為φ8 mm與熱電偶鎧裝芯φ6 mm進行匹配，耐磨頭長度由原來的200 mm延長至300 mm。改造后，大大延長了熱電偶的使用壽命，基本能夠滿足生產要求。

2.3 熱電偶埋墻套管的維護改進

測溫熱電偶一般安裝在鍋爐爐膛的預埋套管中，原設計預埋套管為直徑φ32 mm的碳鋼管，在使用過程中發現煤粉燃燒產生的硫化物和灰塵混合后極易在套管內結垢，嚴重時預埋500 mm長的套管內全部結滿垢物。一旦結垢過多，熱電偶直接黏連在套管內，檢修時根本拆不下來。加上現場受限空間作業環境差、交叉作業多等不利因素，儀表檢修人員無法按期完成檢修任務。原設計的套管采用20#鋼，不耐高溫，鍋爐長周期運行后爐膛內部澆注料脫落，預埋套管口容易受高溫灼燒變形，這些不利因素均給現場作業帶來諸多麻煩。經過多次分析現場存在的問題，決定把原套管改成φ57 mm的耐高溫絡鉬鋼管，以增加套管壽命。在現場清堵作業時，偶然發現用氣焊烤效果比較好，結垢物受明火烘烤后變得疏松。需注意的是現場需要辦理動火作業審批，落實相關安全措施。預埋套管清理干凈、熱電偶更換完成后需及時用片狀耐高溫硅酸鋁板塞滿套管剩余空隙，最后用專用澆注料將管口封死，防止新的垢物產生。鍋爐停爐維護過程中，預埋套管長度不應超出爐膛內部澆注料部分，可有效避免套管被正常工況時高溫沸騰的煤粉沖刷而導致磨損變形。利用停爐機會及時補充修復脫落的澆注料，保護好熱電偶測溫預埋套管。另外，熱電偶工作端插入爐膛內部不易過長[3-4]，控制在100～150 mm為宜，以免沖刷磨損。根據現場實際情況，一般熱電偶工作端下半部分受煤粉沖刷嚴重，可根據工藝檢修周期，將熱電偶旋轉180°后繼續使用，以降低生產成本。

2.4 測溫熱電偶固定方式的改進

高溫煙氣高流速煤粉工作狀態下，熱電偶熱端極易沖刷磨損變形。由于作業環境溫度高，受限空間作業危險性大，爐膛床層溫度熱電偶的更換作業一直是難題。根據日常維護更換過程中出現的問題，經過仔細分析決定對原固定螺紋式熱電偶進行結構改造試驗，自制熱電偶專用固定裝置，實施后效果良好。特殊改造后的固定裝置，具有現場更換方便、可重復使用、使用壽命長、實用性強等優點，同時提高了儀表一線維護人員的作業效率。安全檢修專用固定裝置主要包括φ20 mm活動錐形雙卡套密封組件和外螺紋固定接頭。根據熱電偶不同的直徑，可調整活動卡套的大小及固定螺紋的規格尺寸，其外形結構簡圖見圖1。

圖1 改造后的熱電偶雙卡套安裝示意圖

該裝置采用雙卡套接頭+雙螺紋活動固定裝置結構。將熱電偶原來的焊接式固定螺紋取下，把自制的活動固定裝置套在熱電偶上。安裝時，把自制的活動固定裝置安裝在鍋爐爐膛預埋測溫點專用法蘭套管上，調整好插入爐膛熱電偶長度后，再把自制活動接頭上的卡套鎖緊即可[3-4]。傳統更換爐膛熱電偶需要2～3人合作，把爐膛內部熱電偶彎曲的部分裁掉，而耐磨耐高溫熱電偶外套管硬度極高，裁切通常需要很長時間；之后，從爐膛內部用大錘將損壞的熱電偶套管一點點敲出后。受限空間內涉及臨時用電、切割動火等多項特殊作業，準備及作業過程中的安全措施落實工作極其繁瑣。通過改造，鍋爐儀表維修工僅需拆掉熱電偶接線盒，松開特殊固定裝置上的卡套接頭，從爐膛外部把熱電偶套管敲進爐膛內部即可更換。

3 結語

通過多次改造，不斷調整和長期試驗爐膛床層溫度，基本實現了爐膛測溫點使用周期與鍋爐主體裝置同步檢修的預期目標。采用專用固定裝置降低勞動強度，縮短了進入受限空間作業時間，有效保障了員工的職業健康。同時，該裝置延長了測溫熱電偶使用壽命，降低了生產成本。現場各測溫點的準確顯示為鍋爐、三廢爐裝置長周期安全穩定運行起到了保駕護航的作用，也為今后循環流化床鍋爐、吹風氣三廢爐爐膛床層溫度設計和改造提供了相應的實際應用案列和技術支持。